(57)【要約】【課題】組電池を構成するモジュール電池の過放電や過充電を抑止する。【解決手段】組電池装置２０は、少なくとも一つの単電池２２により構成される複数のモジュール電池２４ａ〜２４ｎを直列接続してなる組電池２１を有する。また、組電池装置２０は、複数のモジュール電池２４ａ〜２４ｎの各々の電圧を検出するモジュール電圧検出手段と、該検出された各モジュール電池の電圧に基づいて各モジュール電池の電圧の均等化を行なう均等化手段と、モジュール電圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを備える組電池の異常検出装置を備える。さらに、組電池装置２０は、異常検出装置により異常が検出されたとき、均等化手段による均等化を規制する均等化規制手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの単電池により構成される複数のモジュール電池を直列接続してなる組電池を有する組電池装置であって、
前記組電池の前記複数のモジュール電池の各々の電圧を検出するモジュール電圧検出手段と、該検出された各モジュール電池の電圧に基づいて各モジュール電池の電圧の均等化を行なう均等化手段と、前記モジュール電圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを備える組電池の異常検出装置と、
前記異常検出装置により異常が検出されたとき、前記均等化手段による均等化を規制する均等化規制手段と、
を備える組電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池装置に関し、詳しくは、少なくとも一つの単電池により構成される複数のモジュール電池を直列接続してなる組電池を備える組電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の組電池装置としては、モジュール電池毎に充放電電圧を検出して充放電の際の過充電や過放電，故障を抑止するものが提案されている（例えば、特許文献１、２など）。この装置では、複数の単電池により構成されるモジュール電池を複数直列接続して組電池を構成し、組電池の充放電の際に各モジュール電池毎に充放電の際の電圧を検出している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６４３７７号公報
【特許文献２】特開平８−１４０２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした組電池装置では、電圧検出系に生じる異常を検出することができず、電圧検出系に異常が生じている場合に適正に充放電の管理ができない。モジュール電池毎に電圧の均等化を行なう組電池装置では、電圧検出系に異常が生じた場合でもモジュール電池の電圧の均等化を行なうから、モジュール電池を過放電したり過充電したりする場合が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、モジュール電池の過放電や過充電を抑止することができる組電池装置を提供する。
【０００６】
なお、出願人は、この種の組電池装置としてモジュール電池の異常を検出するものを提案している（特願平９−３３９１２３号）。この装置では、モジュール電池の電圧を検出し、検出した電圧が許容範囲内にあるか否かによりモジュール電池の異常を判定している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の組電池装置は、少なくとも一つの単電池により構成される複数のモジュール電池を直列接続してなる組電池を有する組電池装置であって、前記組電池の前記複数のモジュール電池の各々の電圧を検出するモジュール電圧検出手段と、該検出された各モジュール電池の電圧に基づいて各モジュール電池の電圧の均等化を行なう均等化手段と、前記モジュール電圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを備える組電池の異常検出装置と、前記異常検出装置により異常が検出されたとき、前記均等化手段による均等化を規制する均等化規制手段とを備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
この本発明の組電池装置では、異常検出装置により異常が検出されたときには、均等化規制手段によりモジュール電池の電圧の均等化を規制するから、異常な電圧検出手段により検出される電圧に基づくモジュール電池の電圧の均等化を抑止することができる。この結果、モジュール電池の過放電や過充電を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である組電池装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の組電池装置２０は、図示するように、出力端子が電源ラインにより負荷１０に接続された組電池２１と、組電池２１を管理する電子制御ユニット４０とを備える。
【００１０】
組電池２１は、例えばリチウムイオン電池などの複数の単電池２２を直列接続してなる複数のモジュール電池２４ａ〜２４ｎを直列接続して構成されている。各モジュール電池２４ａ〜２４ｎには、各単電池２２の電圧を検出する電圧検出ライン２６ａ〜２６ｎを用いて各単電池２２の電圧の均等化を行なうセル均等化回路２８ａ〜２８ｎが取り付けられている。以下、ｎ個のモジュール電池２４ａ〜２４ｎに対応する各部の符号には、数字とａ〜ｎのアルファベットによる添え字とを用いて表示する。
【００１１】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６とを備える。この電子制御ユニット４０には、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの接続端に接続された導電ライン３２ａ〜３２ｎ＋１が接続されており、導電ライン３２ａ〜３２ｎ＋１のライン間の電位差を検出することにより各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧を検出できるようになっている。電子制御ユニット４０では、この検出した各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧に基づいて各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎを演算している。電圧に基づく残容量（ＳＯＣ）の演算は周知なのでその説明は省略する。また、各導電ライン３２ａ〜３２ｎ＋１の間には、抵抗３４ａ〜３４ｎとトランジスタ３６ａ〜３６ｎとが直列に接続されており、各トランジスタ３６ａ〜３６ｎのベースは信号ライン３８ａ〜３８ｎにより電子制御ユニット４０に接続されている。したがって、電子制御ユニット４０は、信号ライン３８ａ〜３８ｎにオンオフ信号を出力することによりトランジスタ３６ａ〜３６ｎをオンオフすることができる。また、電子制御ユニット４０からは、組電池２１やモジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧検出系の異常の際に点灯するインジケータ４８への点灯信号も出力されている。
【００１２】
次に、こうして構成された実施例の組電池装置２０の動作、特にモジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧検出系の異常を検出する動作とこの異常を検出したときの動作について説明する。図２は、実施例の組電池装置２０の電子制御ユニット４０により実行される異常検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎（例えば、１時間毎など）に繰り返し実行される。
【００１３】
異常検出処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、各導電ライン３２ａ〜３２ｎ＋１の間の電位差を検出して各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧Ｖａ〜Ｖｎを検出する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、検出した各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧Ｖａ〜Ｖｎに基づいて各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎを演算すると共に（ステップＳ１０２）、演算した残容量Ｓａ〜Ｓｎと前回このルーチンが実行されたときに演算された残容量Ｓａ〜Ｓｎとを用いて残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎを計算する（ステップＳ１０４）。具体的には、今回の残容量Ｓａ〜Ｓｎと前回の残容量Ｓａ〜Ｓｎの偏差を異常検出処理ルーチンが実行される時間間隔で除することにより行なわれる。
【００１４】
そして、残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎの平均値Ａを計算し（ステップＳ１０６）、計算した平均値Ａに所定係数ａを乗じたものや平均値Ａに所定係数ｂを乗じたものと各残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎとを比較する（ステップＳ１０８）。ここで、所定係数ａおよび所定係数ｂは、残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎの平均値Ａからの許容されるバラツキの上限および下限を定める係数であり、単電池２２やモジュール電池２４ａ〜２４ｎの特性や仕様などにより定められる。いずれの残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎも平均値Ａに所定係数ａを乗じたものより小さく平均値Ａに所定係数ｂを乗じたものより大きいときには、すべての電圧検出系に異常は生じていないと判断して、本ルーチンを終了する。一方、いずれかの残容量の時間変化率ＤＳが平均値Ａに所定係数ａを乗じたものより大きいときや平均値Ａに所定係数ｂを乗じたものより小さいときには、その残容量の時間変化率ＤＳに係るモジュール電池２４の電圧検出系に異常が生じていると判定すると共にインジケータ４８を点灯して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。ここで、残容量の時間変化率ＤＳに基づいて電圧検出系の異常が判定できるのは次の理由による。
【００１５】
図３は、正常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係と異常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係の一例を示す説明図である。図３中の異常な電圧検出系は、電圧を高めに検出するものである。後述する図４の均等化処理ルーチンのステップＳ２０４の処理としての均等化処理では、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎが均等になるように電圧が高いモジュール電池に対してトランジスタ３６をオンして抵抗３４により電力を消費させる。したがって、電圧が高めに検出される異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池では必要以上に放電されるから、同じ電圧として検出されても正常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池に比して残容量（ＳＯＣ）が小さくなる。残容量（ＳＯＣ）と電圧との関係は、図示するように、残容量（ＳＯＣ）が小さな領域と大きな領域では変化率が大きい。このため、異常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量（ＳＯＣ）の小さな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して大きくなり、残容量（ＳＯＣ）の大きな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して小さくなる。
【００１６】
逆に、電圧が低めに検出される異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池では均等化処理による放電が行なわれないから、同じ電圧として検出されても正常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池に比して残容量（ＳＯＣ）が大きくなる。このため、異常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量（ＳＯＣ）の小さな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して小さくなり、残容量（ＳＯＣ）の大きな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して大きくなる。こうした考えを用いて、実施例では、残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎの平均値Ａを含む許容範囲を超える時間変化率ＤＳのモジュール電池の電圧検出系の異常を判定するのである。
【００１７】
実施例の組電池装置２０では、こうした異常検出処理の他にモジュール電池２４ａ〜２４ｎを均等化する処理も行なっている。図４は、実施例の組電池装置２０の電子制御ユニット４０により実行される均等化処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば３０分毎など）に繰り返し実行される。
【００１８】
均等化処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、各導電ライン３２ａ〜３２ｎ＋１の間の電位差を検出して各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧Ｖａ〜Ｖｎを検出する処理を実行する（ステップＳ２００）。続いて、電圧検出系の異常が判定されたか否かを調べ（ステップＳ２０２）、異常が判定されていないときには、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎが均等になるように均等化処理を実行して（ステップＳ２０４）、本ルーチンを終了する。この均等化処理は、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎが均等になるように電圧が高いモジュール電池に対してトランジスタ３６をオンして抵抗３４により電力を消費させることにより行なう。
【００１９】
一方、電圧検出系の異常が判定されているときには、異常が判定された電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池の電圧を残容量の時間変化に基づいて補正し（ステップＳ２０６）、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧が補正した電圧に近づくように調整して（ステップＳ２０８）、本ルーチンを終了する。電圧の補正は、図３に例示するように、モジュール電池の電圧と残容量との関係から、異常な電圧検出系により検出された電圧からモジュール電池の残容量を推定できるから、推定した残容量を正常な電圧検出系により検出される電圧と残容量との関係に当てはめて電圧を推定することにより行なう。各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧を補正した電圧に近づくように行なう調整は、電圧を高めに検出する異常な電圧検出系の場合には、正常な電圧検出系により電圧が検出される各モジュール電池２４に対してトランジスタ３６をオンとして抵抗３４により電力を消費させることにより行なうが、均等化処理とは異なり、補正した電圧になるまで放電は行なわず、補正した電圧より高い電圧までで放電が終了される。一方、電圧を低めに検出する異常な電圧検出系の場合には、異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池２４に対してトランジスタ３６をオンとして抵抗３４により電力を消費させることにより行なう。この場合も、補正した電圧が正常な電圧検出系により検出される電圧になるまで放電するのではなく、若干高い電圧までで放電を終了する。
【００２０】
以上説明した実施例の組電池装置２０によれば、モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧検出系の異常を検出することができる。この結果、電圧検出系の異常に基づくモジュール電池２４の過放電や過充電を防止することができる。また、実施例の組電池装置２０によれば、電圧検出系の異常を検出したときには、異常に係るモジュール電池２４の電圧を補正すると共に他のモジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧が補正した電圧に近づくよう調整するから、電圧検出系の異常に基づくモジュール電池２４の過放電や過充電を更に防止することができると共にその後の使用に資することができる。
【００２１】
実施例の組電池装置２０では、残容量の時間変化率ＤＳが平均値Ａに所定係数ａを乗じたものと所定係数ｂを乗じたものとにより設定される許容範囲外となるときにその残容量の時間変化率ＤＳに係る電圧検出系を異常と判定したが、残容量の時間変化率ＤＳが平均値Ａに所定値ｃを減じたものと所定値ｄを加えたものとにより設定される許容範囲外となるときにその残容量の時間変化率ＤＳに係る電圧検出系を異常と判定するものとしてもよい。ここで、所定値ｃおよび所定値ｄは、残容量の時間変化率ＤＳａ〜ＤＳｎの平均値Ａからの許容されるバラツキの上限および下限を定める定数であり、単電池２２やモジュール電池２４ａ〜２４ｎの特性や仕様などにより定められる。
【００２２】
実施例の組電池装置２０では、電圧検出系の異常を検出したときには、異常に係るモジュール電池２４の電圧を補正し、他のモジュール電池２４の電圧の調整を行なうものとしたが、電圧検出系の異常を検出したときには単に均等化処理を行なわないだけで、異常に係るモジュール電池２４の電圧の補正や他のモジュール電池２４の電圧の調整を行なわないものとしてもよい。
【００２３】
実施例の組電池装置２０では、異常検出処理ルーチンと均等化処理ルーチンとを別々のルーチンとして電子制御ユニット４０により実行するものとしたが、均等化処理ルーチンのステップＳ２０２処理の前に異常検出処理ルーチンのステップＳ１０２〜Ｓ１１０の処理を行なうものとして均等化処理ルーチンの中で電圧検出系の異常を検出するものとしてもよい。
【００２４】
実施例の組電池装置２０では、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎを各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの電圧Ｖａ〜Ｖｎに基づいて演算により求めるものとしたが、各モジュール電池２４ａ〜２４ｎの残容量Ｓａ〜Ｓｎを直接検出するものとしてもよいし、電圧Ｖａ〜Ｖｎ以外の状態値を用いて演算したものを用いるものとしてもよい。
【００２５】
実施例の組電池装置２０では、複数の単電池２２を直列に接続してモジュール電池２４ａ〜２４ｎを構成したが、一つの単電池２２によりモジュール電池２４ａ〜２４ｎを構成するものとしてもよい。この場合、セル均等化回路２８ａ〜２８ｎは不要となる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例である組電池装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の組電池装置２０の電子制御ユニット４０により実行される異常検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】正常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係と異常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係の一例を示す説明図である。
【図４】実施例の組電池装置２０の電子制御ユニット４０により実行される均等化処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  負荷、２０  組電池装置、２１  組電池、２２  単電池、２４ａ〜２４ｎ  モジュール電池、２６ａ〜２６ｎ  電圧検出ライン、２８ａ〜２８ｎ  セル均等化回路、３２ａ〜３２ｎ＋１  導電ライン、３４ａ〜３４ｎ  抵抗、３６ａ〜３６ｎ  トランジスタ、３８ａ〜３８ｎ  信号ライン、４０  電子制御ユニット、４２  ＣＰＵ、４４  ＲＯＭ、４６  ＲＡＭ、４８  インジケータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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